多年生黑麦草的叶片结构分析

程 玲 (长江大学农学院，湖北省涝渍灾害与湿地农业重点实验室，湖北 荆州 434025)

邱永福，叶东明，田志宏 (长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025)

多年生黑麦草的叶片结构分析

程 玲
(长江大学农学院，湖北省涝渍灾害与湿地农业重点实验室，湖北 荆州 434025)

邱永福，叶东明，田志宏
(长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025)

用徒手切片法和石蜡切片法，对11个多年生黑麦草(Loliumperenne)品种叶片的表皮结构和横切面结构进行观察与统计。结果表明：多年生黑麦草的叶表皮细胞形状都较为规则并排列成行。在叶表皮结构中，不同多年生黑麦草叶片中单位面积的平均细胞数目变化较大，当细胞数目较多时，气孔密度会偏大，而平均气孔面积会变小。同时，不同品种叶片的平均上表皮厚度变化也很大，当叶片的主脉和上、下表皮厚度越大时，维管束的数目会减少，尤其是当上表皮厚度增加时，维管束数目会显著地减少。

多年生黑麦草(Loliumperenne)；叶片结构；徒手切片；石蜡切片

多年生黑麦草(Loliumperenne)是应用最广泛的冷季型禾本科草种之一，它既能作为优良的牧草，又能被用作草坪草。作为建植草坪的草种时，多年生黑麦草具有成坪速度快、叶片质地较精细等优良的坪用性状[1，2]。因此，它已作为草坪建植中的先锋草种被广泛使用。但有研究表明，多年生黑麦草的耐热及抗旱性能均比其他冷季型草坪草如草地早熟禾、高羊茅等差[3]。因此，筛选并获得耐热及抗旱性能较好的多年生黑麦草品种意义重大。评价植物的抗旱性能时，最传统、最直接有效的途径是直接进行抗旱性处理，筛选获得存活的即为抗旱性能好的材料。但由于该方法操作性较差，且效率也较低，因此在抗旱性研究中，人们也常常采用其他一些方法来进行植物的抗旱性评价。植物长期生长在干旱生态环境中，往往会形成多种抗旱的形态结构，而最能反映干旱生境适应性特征的是叶片结构[4，5]。因此，分析叶片结构特征是评价植物抗旱性能的一个非常重要途径。迄今为止，尚无多年生黑麦草叶片结构特征的研究报道。因此，本研究以11个多年生黑麦草品种为材料，采用徒手切片和石蜡切片后对叶表皮和叶片横切面结构进行观察和统计，旨在比较不同多年生黑麦草品种间叶片结构特征的差异，为评价抗旱性能提供合适的筛选指标并为获得抗旱品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

多年生黑麦草(Loliumperenne)种子由北京中种草业有限公司、北京克劳沃种业有限公司及荷兰百绿种子集团公司提供，其来源与编号详见表1。田间种植每个品种3个小区(重复)，每个小区3 m ×2 m，随机排列，小区播种量均为20 g/m2。将种子与少量沙混合人工撒播，播完后浇水，覆盖薄膜。

1.2 方法

所用的叶片取自生长期为6个月的多年生黑麦草品种(即当年11月份播种，次年5月份取叶片)，每个品种取3片完全展开的新鲜无病害的叶片。采用简易的徒手切片法制片后观察叶表皮细胞及气孔。具体方法是将叶片于中部剪下5 mm叶段，用固定液FAA固定24 h后，用刀片轻轻地刮去上表皮及叶肉，再放置盛水的培养皿中；然后在培养皿中用镊子及玻璃棒轻轻地将叶表皮展平，再用毛笔将展平的叶表皮移至载玻片上；接着用1%番红水溶液染色，蒸馏水漂洗浮色和盐酸分色适度(低倍镜观察)后，用蒸馏水漂洗干净并用滤纸吸干叶表皮周围水分，最后经无水乙醇和二甲苯浸润2次后盖上盖玻片，压紧即可在显微镜下观察。采用石蜡切片法制片来观察叶片的维管束束数，主脉及上、下表皮厚度。方法是用单面刀片将中央有叶脉的部分切取5 mm的叶段，具体操作参照郑国昌[6]的方法进行。每个叶片表面及横切面分别随机选取6个视野，观察统计其形态特征并取平均值。

表1 11个多年生黑麦草品种的名称及来源Table 1 The name and source of 11 perennial ryegrass varieties

叶片表皮结构特征观察下表皮细胞数目、气孔密度、气孔长度和气孔宽度。其中，下表皮细胞数目和气孔密度的统计通过计数全部叶表皮中的细胞数和气孔数，再除以叶表皮总面积。气孔宽度为量取气孔最宽处的长度。叶片横切面主要观察叶片的维管束束数、主脉及上、下表皮厚度。

1.3 数据处理

利用标尺工具配合显微镜照片上的比例尺测量各性状指标大小，测得数据采用Microsoft Excel和SPSS 13.0软件进行处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 多年生黑麦草叶表皮细胞特征

从叶片的表皮特征看，11个不同多年生黑麦草的叶表皮细胞形状都较为规则，排列成行，主要由长细胞和短细胞2种类型的细胞组成。长细胞呈长方形，纵向相接成行并平行排列于脉间，细胞壁厚薄不均，多数呈微波状弯曲；短细胞呈椭圆形，成排于叶脉上。气孔器分布在长细胞之间，由一对哑铃形的保卫细胞和一对似半球形的副卫细胞组成。

2.2 多年生黑麦草叶表皮微形态结构特征

表2 11个多年生黑麦草品种的叶表皮结构特征Table 2 The leaf epidermal characteristics of 11 perennial ryegrass varieties

注：气孔面积由气孔长度乘以气孔宽度获得。

从表2可看出，多年生黑麦草叶片中单位面积的平均细胞数目变化较大，平均数目最多的2个品种是H8和H7，分别为19.5个/mm2和17.7个/mm2；平均数目最少的2个品种是H4和H6，分别为9.8个/mm2和11.4个/mm2。其他品种叶片中的细胞数目位于它们之间。单位面积内的平均气孔密度在品种间也存在差异。H11和H2叶片的平均气孔密度最大，分别为35.2个/mm2和34.8个/mm2；H1和H4叶片的平均气孔密度最小，分别为24.4个/mm2和27.3个/mm2。不同多年生黑麦草品种的平均气孔面积变化幅度也较大，分布在393.1～667.1之间。其中，最小气孔面积(H3)仅为最大气孔面积(H11)的58.9%。从这3个形态结构统计可知，多年生黑麦草品种H11的平均气孔密度和气孔面积均要大于其他品种。相关性分析结果表明，多年生黑麦草品种的平均细胞数目与气孔密度呈正相关(r=0.27，P=0.42)，与气孔面积呈负相关(r=-0.20，P=0.55)但它们之间的相关性均较差。同样，多年生黑麦草品种的平均气孔密度与气孔面积也呈正相关，但相关性不显著(r=0.26，P=0.44)。可见，在多年生黑麦草品种的叶片结构中，当细胞数目较大时，气孔密度也会偏大，而平均气孔面积要变小。

2.3 多年生黑麦草叶片横切面结构特征

表3 11个多年生黑麦草品种叶片的横切面结构特征Table 3 The leaf transverse section characteristics of 11 perennial ryegrass varieties

表4 多年生黑麦草品种叶片的横切面结构指标间的相关性分析Table 4 The correlation analysis among the leaf transversesection characteristics of the perennial ryegrass varieties

注：每组数值中，括号外的数值为r值，括号内的数值为P值。

通过观察多年生黑麦草叶片横切面的石蜡切片(图版Ⅰ图1)，统计叶片维管束束数，主脉及上、下表皮厚度(表3)。从表3可知，11个多年生黑麦草品种的叶片中平均维管束束数从11个到19个不均。其中，H3、H1和H6品种的数目最多，分别有19个、18个和17个。叶片平均主脉厚度最大的品种有H3和H5，分别为369.3 μm和346.8 μm；而主脉厚度最小的品种是H6和H4，分别为220.3 μm和234.4 μm。不同多年生黑麦草品种的叶片平均上表皮厚度变化很大。H5和H8品种的平均上表皮厚度最大，分别为25.6 μm和24.3 μm；而H1和H3品种的平均上表皮厚度最小，分别为13.7 μm和15.7 μm。可见，最大的平均上表皮厚度是最小厚度的1.87倍。相对于叶片的上表皮厚度，下表皮厚度的变化幅度也较大，分布在19.9～30.6 μm。叶片平均下表皮厚度最大的品种是H8(30.6 μm)，最小的品种是H10(19.9 μm)。多年生黑麦草叶片横切面的4个结构特征的相关性分析表明，叶片中平均维管束束数与主脉厚度，上表皮和下表皮厚度均呈负相关，且与上表皮厚度的相关性达到显著水平(r=0.70，P=0.02)。叶片的平均主脉厚度与上、下表皮厚度以及上表皮厚度与下表皮厚度也呈正相关，但均未达到显著水平(表4)。从这些数据分析可知，当多年生黑麦草叶片结构中主脉和上、下表皮厚度越大时，叶片中的维管束数目会减少，尤其是叶片的上表皮厚度增加时，维管束数目会显著地减少。而上表皮厚度较大的品种，它的下表皮厚度也相应地偏大。

3 讨论

在进化过程中，不同植物为适应高温、干旱的生长环境具有不同的对策。在叶片结构方面，向着降低蒸腾、增强储水性和提高光合效率等方面进化。为了降低蒸腾，植物叶片会减少气孔数目或关闭更多的气孔；为了增强储水能力，植物会发育出较厚的上、下表皮细胞，有的植物叶片中还出现含晶状体或粘液的细胞[6，7]。本研究观察到11个多年生黑麦草品种的叶表皮细胞外形差异很小，而在其他植物叶表皮特征研究中也存在类似现象，种内或亚种内不同品种的叶表皮细胞外形差异较小，这可能是由于该性状是由它自身的遗传因子控制的[8，9]。在叶片结构中，气孔器分布在细胞与细胞之间，为细胞的光合作用和呼吸作用提供重要的物质交换通道。本研究中，当多年生黑麦草叶表皮中细胞数目偏多时，气孔密度也会偏大，但平均气孔面积会变小。有研究表明，水稻在干旱条件下可以通过关闭更多的气孔以减少水分的丧失，达到抵御干旱的目的[7]。多年生黑麦草品种‘索纳塔’叶片中的平均细胞数目和气孔密度均较小，它可能比其他品种更具抗旱性能，但还需进行抗旱实验验证。

本研究还发现，多年生黑麦草叶片结构中主脉和上、下表皮厚度越大时，叶片的维管束数目会减少，尤其是叶片的上表皮厚度增加时，维管束数目会显著地减少。许多研究表明，植物叶片厚度与体内水分的蒸发直接相关。它可以通过叶表皮的角质层或蜡质来防止或减少植物体内的水分蒸发，从而达到适应高温和干旱环境的目的[10，11]。本研究的11个多年生黑麦草品种中，‘金牌美达丽’和‘顶峰’品种叶片的平均上表皮厚度最大，可能表明它们更好地适应高温或干旱的生长环境。

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2010-05-06

程 玲(1976-)，女，湖北公安人，农学硕士，实验师，从事仪器分析及实验室管理工作.

邱永福，E-mail: yfqiu@126.com

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2010.03.009

Q944.56;Q949.71+4.2

A

1673-1409(2010)03-S023-04